數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠的有限元分析任務(wù)書預(yù)開題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院、系：機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：設(shè)計(jì) 題目：數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠的有限元分析2011年2月23日2009年6月10起迄日期：g指導(dǎo)教師：系 主 任:發(fā)任務(wù)書日期：2011 年2月23日任務(wù)書填寫要求1 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在系的負(fù)責(zé)人審查、簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生；2任務(wù)書內(nèi)容必須用黑筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；3 任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)完成的情況相一致，

2、若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及系主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫；4任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“學(xué)院、系”、 “專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)（如0201140102） ，不能只寫最后2 位或 1 位數(shù)字；5有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408 94數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004 年 3 月 15 日”或“ 2004-03-15 ”。畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書1 .畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求：在ANSY馱件平臺(tái)上，對(duì)數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜 力學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，為進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

3、2 .畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體工作內(nèi)容:1學(xué)習(xí)有限元分析軟件ANSYS勺相應(yīng)功能.2在ANSYSk建立滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的有限元模型。3研究滾珠絲杠在使用過程中的受力情況3對(duì)建立的有限元模型進(jìn)行靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析4翻譯外文文獻(xiàn)一篇。畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書3 .對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)成果的要求:1畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一篇2設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的有限元模型數(shù)據(jù)文件 注：包括畢業(yè)設(shè)計(jì)、圖紙、實(shí)物樣品等。4 .畢業(yè)設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃:起迄日期工作內(nèi)容2月23日3月15日j查閱文獻(xiàn)，完成開題報(bào)告 I3月16日4月15日|學(xué)習(xí)有限元分析軟件ANSYS勺相應(yīng)功能I4月16日5月15日i在ANSYSk建立滾珠絲杠的有限元模型。對(duì)建立的有限元 G!I模型進(jìn)行靜力

4、學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析。5月16日 6月10日!撰寫畢業(yè)論文，準(zhǔn)備相關(guān)材料，論文答辯學(xué)生所在系審查意見:系主任：畢業(yè)論文開題報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：學(xué) 院、系：機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院機(jī)械工程系專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化論文 題目：數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠的有限元分析指導(dǎo)教師：2011年 2 月 13 日畢業(yè)論文開題報(bào)告1.結(jié)合畢業(yè)論文情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫 2000字左右的文 獻(xiàn)綜述：文獻(xiàn)綜述一、課題的目的和意義隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得有限元法有著突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 技術(shù)，有限元法也被用于計(jì)算機(jī)輔助制造中。有限元法解決滾珠絲杠是借助于計(jì)算機(jī)進(jìn) 行的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法它分為三大步，結(jié)構(gòu)離

5、散化、單元分析和整體分析。本課題旨在 利用有限元對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行強(qiáng)度分析， 從而達(dá)到系統(tǒng)的學(xué)習(xí)有限元法以及 ANSYSE程應(yīng) 用軟件的目的。二、滾珠絲杠副介紹滾珠絲桿副是一種新型的螺旋傳動(dòng)元件，它的產(chǎn)生金和發(fā)展只經(jīng)歷了數(shù)十年的歷 史，然而它在國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)界人士中已引起了廣泛的興趣和重視。當(dāng)今，滾珠絲杠副 在機(jī)床工業(yè)、汽車工業(yè)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、航空工業(yè)、船舶工業(yè)和兵器工業(yè)等各個(gè)部門皆 獲得了日益廣泛的應(yīng)用。在此較短的時(shí)期內(nèi)，它之所以能夠得到如此迅速的發(fā)展和較普 通的應(yīng)用，主要的原因是由于滾珠絲杠副不可能具備的?？傊哂性S多良好的機(jī)械 傳動(dòng)性能。所以，滾珠絲杠副已成為非常有效的、普遍適用的螺旋傳

6、動(dòng)元件。止匕外，它 又可以像滾動(dòng)軸承那樣，有專業(yè)廠家組織生產(chǎn)和供應(yīng)，向用戶提供一種新穎的配套元件； 廣大用戶可根據(jù)各自的需要方便地進(jìn)行選用和訂購(gòu)。三、滾珠絲杠副的工作原理滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間填入適量的滾珠，使絲杠與螺母之間有滑動(dòng)摩擦變 為滾動(dòng)摩擦的絲杠傳動(dòng)。滾珠絲杠副在機(jī)械傳動(dòng)中的作用，同樣是可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)?直線運(yùn)動(dòng)，也可以將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)絲杠和螺母運(yùn)動(dòng)的組合情況，其傳動(dòng) 方式也是多種多樣的。滾珠絲杠副一般是由絲杠、螺母、滾珠及滾珠循環(huán)返回裝置四個(gè)部分組成。滾珠絲 杠副就是指在具有螺旋槽的絲杠與螺母之間，連續(xù)填滿滾珠作為中間體的螺旋傳動(dòng)。其 工作原理如下：當(dāng)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，

7、在絲杠與螺母間布置的滾珠一次沿螺紋滾道滾動(dòng)，同時(shí) 滾珠促使絲杠（或螺母）作直線運(yùn)動(dòng)。為了防止?jié)L珠沿螺紋滾道滾出，在螺母上設(shè)有滾珠循環(huán)返回裝置(反向器)，構(gòu)成一個(gè)滾珠循環(huán)通道。借助于這個(gè)返回裝置，可以使?jié)L 珠沿滾道面運(yùn)動(dòng)后，經(jīng)通道自動(dòng)地返回到其工作的入口處，從而使?jié)L珠能在螺紋滾道上 繼續(xù)不斷地參與工作。為了消除間隙和提高傳動(dòng)精度及剛度，滾珠螺母常由兩端組成。 四、滾珠絲杠副的特點(diǎn)滾珠絲杠副與滑動(dòng)絲杠副比較，它以滾動(dòng)摩擦代替了滑動(dòng)摩擦，因此，具有一下特點(diǎn)：(1)摩擦損失小、傳動(dòng)效率高由于滾動(dòng)絲杠副的摩擦損失小，其傳動(dòng)效率可達(dá) 90%-96%約為滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)效率 的2-3倍。(2)磨損小、壽命長(zhǎng)通常

8、，滾珠絲杠副的主要零件，如絲杠、螺母及滾珠都是經(jīng)過淬硬的，并有很低的 表面粗糙度：而且滾動(dòng)摩擦的磨損很小，因而具有良好的耐磨性，即其精度保持性能好， 工作壽命長(zhǎng)。(3)軸向剛度高由于滾珠絲杠副可以完全消除傳動(dòng)間隙，而不致影響絲杠運(yùn)動(dòng)的靈活性，因而可以 獲得較高的軸向剛度。通常，可以通過預(yù)緊來提高軸向剛度。(4)摩擦阻力小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)由于是滾動(dòng)摩擦，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差較小，其摩擦阻力幾乎與速度無關(guān)，而且靜 止摩擦力極小，啟動(dòng)力矩與運(yùn)動(dòng)力矩近于相等。因而靈敏度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)是無顫 動(dòng)，低速傳動(dòng)是無爬行現(xiàn)象。(5)不自鎖、具有傳動(dòng)的可逆性由于滾珠絲杠副沒有自鎖能力，故具有傳動(dòng)的可逆性。當(dāng)它用于垂直

9、升降傳動(dòng)系統(tǒng) 時(shí)，必須增設(shè)自鎖裝置或制動(dòng)裝置，以防止產(chǎn)生傳動(dòng)。由于滾珠絲杠副具有上述有點(diǎn)，所以它日益廣泛地應(yīng)用于精密機(jī)械、機(jī)床、汽車、 船舶、火炮、航空、航天和紡織等工業(yè)部門。五、有限元法有限元法是用有限個(gè)單元將連續(xù)體離散化，通過對(duì)有限個(gè)單元作分片插值求解各種 力學(xué)、物理問題的一種數(shù)值方法。有限元法把連續(xù)體離散成有限個(gè)單元：桿系結(jié)構(gòu)的單 元是每一個(gè)桿件；連續(xù)體的單元是各種形狀(如三角形、四邊形、六面體等)的單元體。每個(gè)單元的場(chǎng)函數(shù)是只包含有限個(gè)待定節(jié)點(diǎn)參量的簡(jiǎn)單場(chǎng)函數(shù)，這些單元場(chǎng)函數(shù)的集合就能近似代表整個(gè)連續(xù)體的場(chǎng)函數(shù)。根據(jù)能量方程或加權(quán)殘量方程可建立有限個(gè)待定參 量的代數(shù)方程組，求解此離散方

10、程組就得到有限元法的數(shù)值解。有限元法已被用于求解 線性和非線性問題，并建立了各種有限元模型，如協(xié)調(diào)、不協(xié)調(diào)、混合、雜交、擬協(xié)調(diào) 元等。有限元法十分有效、通用性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛，已有許多大型或?qū)Ｓ贸绦蛳到y(tǒng)供工程 設(shè)計(jì)使用。同時(shí)，有限元法也是以計(jì)算機(jī)作為計(jì)算工具的電算方法。它是對(duì)大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn) 行分析的有力工具。利用計(jì)算機(jī)作為工具能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算工作的高速度與高精度，這使得 某些實(shí)驗(yàn)手段開始成為過時(shí)的方法，最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的發(fā)展使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從單純的演算 過程變成為真正的設(shè)計(jì)過程。六、ANSYSM 介ANSY漱件是大型通用有限元分析軟件,有限元是一種采用電子計(jì)算機(jī)求解結(jié)構(gòu)靜、 動(dòng)態(tài)力學(xué)特性等問題的數(shù)值解法。由

11、于有限元法具有精度高、適應(yīng)性強(qiáng)以及計(jì)算格式規(guī) 范統(tǒng)一等優(yōu)點(diǎn)，故在短短50多年間已廣泛用于機(jī)械、宇航航空、汽車、船舶、土木、 核工程及海洋工程等許多領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一種重要工具。特別是隨 著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和軟、硬件環(huán)境的不斷完善以及高檔計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)工作的逐 步普及、為ANSYS勺推廣應(yīng)用創(chuàng)造了更為良好的條件，并展示出更為廣闊的工程應(yīng)用前 景。ANSY漱件提供了一個(gè)不斷改進(jìn)的功能清單，包括：結(jié)構(gòu)分析、電磁分析、流體動(dòng) 力學(xué)分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化、自適應(yīng)網(wǎng)路劃分、參數(shù)設(shè)計(jì)語言等功能。盡管ANSYSaeft能強(qiáng)大，但他的圖形用戶界面（GUI）使其易學(xué)易用。通過 GUI 可以方便地交互訪

12、問程序的各種功能、命令、用戶手冊(cè)和參考教材，可以一步一步地完 成整個(gè)分析，因而是AMSY第于使用。ANSY眩功能作用可分為：一個(gè)前處理器、一個(gè)求解器、兩個(gè)后處理器、幾個(gè)輔助 處理器等。前處理器用于生成有限元建模；求解作用于施加載荷及辯解條件，完成求解 計(jì)算；后處理器用于獲取求解結(jié)果，以便對(duì)模型做出評(píng)價(jià)。利用ANSYS§序，機(jī)械工程師可以構(gòu)造出機(jī)械產(chǎn)品、零部件或系統(tǒng)的模型，對(duì)它們 施加載荷或其他設(shè)計(jì)條件，可以得出相應(yīng)的動(dòng)靜特征，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以降低生 產(chǎn)成本。參考文獻(xiàn)：(1)戴曙主編.金屬切削機(jī)床.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.02.(2)饒振鋼，王勇衛(wèi)編著.滾珠絲杠副及自鎖裝

13、置.北京市：國(guó)防工業(yè)出版社， 1990.02.(3)曹甜東主編.數(shù)控技術(shù).武漢市：華中科技大學(xué)出版社,2005.(4)劉國(guó)慶，楊慶東編著.ANSYS工程應(yīng)用教程 機(jī)械篇.北京市：中國(guó)鐵道出版 社，2003.(5)張朝暉主編；王富恥，王魯，李樹奎編著.ANSYSC程應(yīng)用范例入門與提高.北 京市：清華大學(xué)出版社，2004.(6)張紅松，胡仁喜，康士廷等編著.ANSYS 12.0有限元分析從入門到精通.北 京市：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.02.(7)薛風(fēng)先，胡仁喜，康士廷等著.ANSYS12.M械與結(jié)構(gòu)有限元分析從入門到精 通.北京市：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.03.(8)康淵，陳信吉編著.Ansy

14、s入門.北京市：中國(guó)電力出版社，2007.10.(9)江克斌，屠義強(qiáng)，邵飛編著.結(jié)構(gòu)分析有限元原理及ANSYSe現(xiàn).北京市： 國(guó)防工業(yè)出版社，2005.07.(10)曾攀編著.有限元分析及應(yīng)用.北京市：清華大學(xué)出版社，2004.(11)杜平安等編著.有限元法 原理、建模及應(yīng)用.北京市：國(guó)防工業(yè)出版社， 2004.08.(12)李黎明編著.ANSYS有限元分析實(shí)用教程.北京市：清華大學(xué)出版社，2004.01.(13)張建民等編著.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京市：高等教育出版社，2001.(14)傅永華著.有限元分析基礎(chǔ).武漢市：武漢大學(xué)出版社12003.(15)(美)SaeedMoaveni著；歐陽宇，王檜等譯.有限元分析ANSYS!論與應(yīng) 用.北京